基于蒙特卡罗模拟的透射式XRD背景的定量分析

XRD背景主要来源于空气、装置和样品中光子的散射,XRD分析需准确扣除背景,常用的扣背景方法具有一定的局限。蒙特卡罗模拟可实现光子的甄别与统计,因此可将其用于XRD背景来源的定量分析。相干散射的模拟中需考虑物质的Form Factor,这可由Baró等的拟合式、独立原子模型或德拜公式给出;在20 keV能量及透射几何模式下,通过对骨、尼龙、水等物质的XRD模拟,对探测器中光子来源进行了区分和统计。结果表明,德拜公式计算的空气背景大于独立原子模型;空气散射在小角度时背景占比大,随散射角的增加从100%减小至40%以下,而样品中康普顿散射的计数占比则从0增大至60%以上。该方法可对不同样品组成以及复杂装置结构的XRD背景进行定量分析。

基于蒙特卡罗模拟的拉萨城区土壤重金属健康风险评价

由于城市化的快速发展,城区土壤中重金属(HMs)的污染问题,目前已成为环境和人类健康风险的主要问题之一.为科学地评价城区土壤重金属的健康风险,降低评价结果的不确定性,研究以拉萨城区土壤为研究对象,将蒙特卡罗模拟引入USEPA模型,构建了土壤重金属不确定性健康风险评价模型.研究表明,拉萨城区表层土壤中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、As、Hg的含量均值分别为20.25、66.07、35.90、17.35、22.70、0.10、25.64、0.07 mg·kg^(−1).除As和Zn外,均未超过拉萨市土壤背景值,污染负荷指数(PLI_(zone))为0.83,整体为无污染水平.健康风险评价结果表明,拉萨城区表层土壤中,HMs对儿童和成人的总致癌风险(TCR)分别为1.30×10^(−5)—7.60×10^(−5)和1.03×10^(−5)—8.15×10^(−5),处于可接受水平;总非致癌风险(HI)分别为1.82×10^(−1)—1.27和3.91×10^(−2)—3.57×10^(−1),成人均处于可接受水平,但儿童可能存在3.61%的概率高于风险阈值;其中As是最主要的风险元素,皮肤接触和经口摄入分别是成人和儿童的主要暴露途径,皮肤黏附系数和体重分别是成人和儿童的主要影响参数.该模型可有效的降低健康风险评价中的不确定性,更加精确地反映区域健康风险状况,并能获取优先控制因子和暴露途径等信息.

质子治疗对细胞自由基产额影响的蒙特卡罗模拟计算

随着质子FLASH治疗等新兴放疗技术的发展,细胞受辐照后生物学效应的不确定性成为急需解决的难题。由于缺乏对物理-化学阶段机理的完整理解,目前的模拟工作仍然以调整化学参数使自由基产额与实验数据相匹配为主。作为一个不断发展的蒙特卡罗软件,Geant4能够在纳米尺度上模拟入射粒子在短时间内通过物理和化学相互作用引起水分子辐解的过程。基于Geant4软件构建了一个简易的细胞模型,模拟了细胞靶体内自由基产额受辐射粒子影响的情况,并对靶内自由基产额的变化趋势进行了详细计算。研究表明,随着LET的逐渐增大,自由基OH^(·)的数目占比从25%下降到10%左右。当考虑质子FLASH透射治疗时,使用25%的自由基OH^(·)数目占比作为化学损伤参数去评估细胞DNA损伤将会更为合理。同时,两种活性氧自由基O_(2)^(·)和O_(2)^(-)在超高剂量率下的产额G(t)随模拟时间的发展都出现了不同程度的升高。研究结果阐明了不同治疗深度下细胞靶体内自由基产额随时间和粒子能量的变化情况,揭示了模拟工作中质子FLASH治疗在布拉格峰区和坪区应该采用不同的化学损伤参数。

蒙特卡罗模拟中物理模型对质子硼俘获治疗剂量学的影响

比较了蒙特卡罗(MC)软件Geant4中不同物理过程对质子硼俘获治疗(PBCT)的剂量学影响。选取Geant4中FTFP、QBBC和QGSP三种物理过程,构建包含质子硼核反应的质子剂量沉积的模型,比较了80 MeV质子束选取三种物理过程在有无硼时的剂量分布,以及3 MeV质子束轰击纯硼时的核反应产物数据。三种物理过程在有无硼时水模体中的剂量分布无显著差异,一致性较好。FTFP物理过程获得的质子硼核反应产物与QBBC和QGSP物理过程相比差异较大。而QGSP物理过程得到的α粒子的产额、平均能量和能量范围与QBBC物理过程相比与实际情况吻合更好。综合评估三种物理过程中使用的非弹性散射模型以及模拟得到的核反应产物数据,Geant4中的QGSP物理过程更适用于PBCT的MC模拟研究。

我国证券行业市场风险度量及发展对策研究--基于改进的蒙特卡罗模拟法

随着金融自由化和新兴技术的发展,各种金融衍生工具层出不穷,中国证券行业迎来了蓬勃发展的同时也面临着更大的市场风险。文章基于六家中国证券上市公司股票交易价格,运用蒙特卡罗模拟法、MC-Box-Cox模型和MC-GARCH模型预测交易日VaR并进行回测检验。研究结果表明,中国证券业面临着较大的市场风险,因此需要采用高置信水平的VaR值进行管理;蒙特卡罗模拟法存在低估市场风险的弊端;MC-Box-Cox和MC-GARCH模型预测效果相对较好,可以很好地度量我国证券行业的市场风险。

社会金融化影响家庭收入分配的微观机制研究——基于异质性收益率的蒙特卡罗模拟分析

本文阐述了社会金融化影响收入分配的微观机制,并利用中国家庭金融调查(CHFS)数据构建了面板数据固定效应模型、基于异质性收益率的蒙特卡罗模拟模型,探究了社会金融化通过金融环境、金融行为以及金融市场渠道对家庭收入分配的影响效应。本文研究结论显示:(1)家庭所处金融环境和家庭金融素养的改善有利于降低家庭收入不平等状况。(2)金融市场中异质性的收益率会导致收入和财富分配不平等分化的加剧。(3)社会金融化推进过程中的金融普惠效应会降低收入和财富不平等分化的速度。根据上述结论,本文从提升金融普惠性、构建公平金融市场环境等角度提出了一些促进共同富裕目标实现的政策建议。

应用蒙特卡罗模拟评估及优化脓毒症患者临床阿米卡星的给药剂量

目的采用蒙特卡罗模拟的方法,以抗菌药物PK/PD理论为基础,评价与优化脓毒症患者阿米卡星的给药剂量。方法收集国内外已发表的阿米卡星的药代动力学资料和提取我院阿米卡星对革兰阴性杆菌的MIC分布数据;利用Cristal Ball软件模拟出10000例患者的目标获得概率(PTA)和累计反应分数(CRF)。结果对于脓毒症患者阿米卡星说明书推荐的给药剂量未能达到满意抗菌活性。结论蒙特卡罗模拟法把药代动力学参数和药效学数据结合起来,既考虑了不同个体对药物处置的差异性,又考虑了病原菌耐药性的差异,推荐的给药方案更能实现个体化给药目标,提高临床治疗效果,减少细菌耐药。

基于蒙特卡罗模拟的汽车空调故障树分析

为保证汽车空调系统持续稳定地运转,以寻找其最易损坏的部件为研究目标。根据建立的汽车空调系统结构模型,对空调系统结构和工作原理进行分析,在此基础上以空调无法制冷作为顶事件建立故障树模型。根据所建立的故障树模型进行定性和定量分析,定量分析可以计算出顶事件的发生概率以及对其影响最大的基本事件,定性分析可以确定发生顶事件的所有事件集合并对其相关度排序。采用蒙特卡罗模拟对系统结构模型进行仿真分析,验证建树结果的正确性和客观性,最终得出结论为压缩机是空调系统最易损坏部件,应该优化和加强该部件。

基于蒙特卡罗的硫化氢吸附-扩散机理

为了明确硫化氢(H_(2)S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理,揭示不同温度、压力对煤吸附H_(2)S分子吸附扩散特性的影响机制,基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法,利用Material Studio软件研究了温度在273.15~313.15 K、压力1~1 000 kPa时H_(2)S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征。结果表明:温度由273.15 K升至313.15 K时,H_(2)S的饱和吸附量由38.34 mL/g降至31.85 mL/g,降低了16.93%,当压力为1 kPa时,温度对吸附量的影响最为敏感。温度为293.15 K时,压力由1 kPa升至1 000 kPa时,最可几相互作用能由-39.391 kJ/mol升至-34.301 kJ/mol,随着压力的增加,最可几相互作用能先快速增加,后缓慢增加。在吸附H_(2)S过程中,H_(2)S的等量吸附热在36.63~41.43 kJ/mol内,为物理吸附,等量吸附热随着吸附量的增加呈现出负指数变化;H_(2)S的吉布斯自由能ΔG为-3.57~-24.57 kJ/mol,吸附熵ΔS为-0.126~-0.194 8 kJ/(mol·K),随吸附量升高ΔG和ΔS的绝对值线性降低,H_(2)S的吸附自发性和系统的混沌程度均降低。H_(2)S与气肥煤的相互作用能为-492.47~-3 390.95 kJ/mol,以范德华能为主,占总能量的58.67%,以静电能为辅,占41.33%,随着吸附量的增加,相互作用能绝对值增加,吸附量与相互作用能的变化具有一致性。H_(2)S与羧基的相互作用最强,羟基次之,H_(2)S在—OH、—COOH、—C=O周围存在双层吸附。温度由273.15 K升至313.15 K,H_(2)S分子的扩散系数由1.066×10^(-10)m^(2)/s升至2.025×10^(-10)m^(2)/s,温度升高会导致原本闭合的孔吼孔道打开,增加裂隙的连通性,温度升高,增加H_(2)S分子平均自由程,使得H_(2)S扩散能力增强,H_(2)S扩散活化能为11.206 kJ/mol。H_(2)S相对体积分数分布呈现多峰结构,H_(2)S在气肥煤大分子模型中呈层状结构分布。H_(2)S的极限吸附热为42.898 kJ/mol,H_(2)S与煤体上—OH、—COOH、—C=O活性基团产生氢键作用,H_(2)S在吸附初期存在微弱的化学吸附。

利用蒙特卡罗模拟评估医用电子直线加速器非均整模式的光子束软化特性

本文利用蒙特卡罗模拟评估不同能量、不同射野下医用电子直线加速器非均整模式(Flattening Filter Free, FFF)光子束的软化特性.基于本院的Varian Edge加速器的组件参数和测量数据,利用通用蒙卡程序EGSnrc/BEAMnrc构建6 MV均整模式(Flattening Filter, FF)、6 MV FFF和10 MV FFF下的机头模型,使用EGSnrc/DOSXYZnrc程序模拟获得5 cm×5 cm和10 cm×10 cm射野下的百分深度剂量(Percentage Dose Depth, PDD)和横向剂量离轴比(Off Axis Ratio, OAR),与测量数据进行比较,确定不同模式的源参数;在此基础上模拟三种光子束模型在上述两种射野射野条件下非均匀模体(水-骨-肺-水)内的PDD,并对其相空间文件进行能谱分析,评估FFF光子束的软化特性.三种光子束模式在非均匀模体内的PDD趋势相似,但在小野时扰动更大,FFF模式相较于FF模式,包含更多的低能光子和更少的机头散射;在低能、小野时,6 MV FFF模式的光子束软化特性带来的剂量影响与6 MV FF模式相比并不明显,但在高能、大野时,光子束软化特性逐渐明显.相对于FF模式,FFF光子束具有更陡峭的剂量跌落,尤其在小野、低能时,使其在临床治疗上具有明显的优势;但在大野、高能时,FFF光子束出现明显的软化特性,尤其是在低密度区,需要谨慎考虑临床计划方式的选择.

MCM—22型分子筛中苯分子吸附行为的蒙特卡罗模拟研究

用巨正则统计系综蒙特卡罗模拟方法研究了纯硅MCM-22型分子筛(ITQ-1)中苯分子的吸附行为.结果表明苯分子在ITQ-1型分子筛中主要存在4个吸附位点.从苯分子粒子分布云图上可以看到苯分子的扩散和吸附主要在12元环超笼内发生.在苯分子的扩散过程中,S2位置附近的苯分子分布较为集中,而S3和S4附近的苯分子分布则较为离散.苯分子通过10元环窗口的运动路径势能面的计算结果表明,苯分子在12元环超笼内可以较为自由迁移,而通过10元环窗日从一个超笼扩散到附近的超笼时则需要较高的激发能量,这个能量大约为100kJ/mol.

基于临床实例的影响蒙特卡罗程序MCNP计算精度和速度的若干参数模拟研究

蒙特卡罗方法是目前最精确的剂量计算方法,但其较长的模拟时间阻碍了它在临床治疗中的应用。基于蒙特卡罗程序MCNP4c,针对一临床头部病例,探讨了记数方法、电子和光子截断能、光子产生次级电子参数ENUM对计算速度和精度的影响,给出了在保证一定精度前提下的最佳计算模式,以获得计算速度的有效提升。

噻吩分子及其与异辛烷二元混合物在MCM-22分子筛中吸附的蒙特卡罗模拟

应用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了噻吩分子以及噻吩与异辛烷混合物在MCM-22分子筛中的吸附和分布.通过模拟获得了噻吩分子在MCM-22分子筛中不同温度(298、363和393K)下的吸附等温线和等量吸附热,以及298K时噻吩和异辛烷分子二元混合物在MCM-22分子筛中的吸附及分布情况.结果表明,吸附温度和吸附压力对噻吩分子在MCM-22分子筛吸附都有影响,但等量吸附热受温度和吸附量影响较小.对于二元混合物的吸附,噻吩和异辛烷在分子筛中存在竞争吸附过程,噻吩能够大量吸附在MCM-22分子的十元环和超笼中,而异辛烷主要吸附在MCM-22分子筛的超笼系统,从而可以将噻吩分子与异辛烷分子分离开来.

基于MATLAB的PN结形成过程蒙特卡罗程序研发

本文基于蒙特卡罗随机行走的思想,用概率和随机抽样模拟PN结形成过程中载流子的运动以及动态分布,解决平衡态PN结电势所满足的泊松方程过于复杂、难以计算以及模拟的问题.利用MATLAB软件将演化过程中的载流子的运动过程可视化,并且将平衡态PN结的电势分布可视化.该方法可通过模拟载流子的运动规律及分布了解PN结的形成过程,进而及时对物理模型进行修正.该程序实现手段简便,物理图像清晰,可以用于半导体物理等相关课程的课堂教学.

蒙特卡罗模拟评估肾功能不全老年患者使用美罗培南的给药方案

目的探讨美罗培南在肾功能不全的老年患者中合适的给药方案。方法采用美罗培南在老年患者中的二房室群体药动学参数进行蒙特卡罗模拟,模型纳入肾功能对参数的影响,设计给药剂量为0.5、1、2 g,给药方式为静脉注射(持续6 min)和静脉滴注(0.5、3 h),给药频率为q12 h、q8 h,共计18种给药方案组合,分别计算%fT_(>4MIC)≥40%和C_(min)≤27.5 mg/L的达标概率,以优选给药方案。结果对于肌酐清除率(CLcr)≤40 mL/min的老年患者,最低抑菌浓度(MIC)为1 mg/L时,推荐的给药方案是“0.5 g,静脉滴注0.5 h,q12 h”“1 g,静脉注射,q12 h”;MIC为2 mg/L时,推荐的给药方案是“0.5 g,静脉注射,q8 h”“1 g,静脉滴注0.5 h,q12h”;MIC为4、8 mg/L时,推荐的给药方案是“1 g(或2 g),静脉注射,q8 h”。对于CLcr为50 mL/min的老年患者,MIC为1 mg/L时,推荐的给药方案是“0.5 g,静脉注射,q8 h”“1 g,静脉注射,q12 h”;MIC为2、4、8 mg/L时,推荐的给药方案是“0.5 g(或1 g,或2 g),静脉滴注0.5 h,q8 h”。上述所有方案的达标概率都在96.6%及以上。“2 g,静脉注射或静脉滴注0.5 h,q8 h”的给药方案在1000次模拟中,约有40次模拟出现C_(min)>27.5 mg/L的情况,可能出现神经系统不良反应。结论对于肾功能不全老年患者,美罗培南给药方案应以CLcr=40 mL/min为界进行相应调整,同时警惕神经系统毒性。

基于蒙特卡罗模拟的BGO探测器探测效率研究

基于蒙特卡罗模拟方法,对比分析了圆柱型闪烁体探测器NaI(Tl)、LaBr3(Ce)及锗酸铋(BGO)对γ射线的探测效率,研究了晶体尺寸、入射γ射线能量、放射源与探测器间距离、包壳材料厚度对探测效率的影响。在相同条件下,BGO的绝对探测效率、全能峰探测效率及本征探测效率均大于LaBr3(Ce)及NaI(Tl)。对于BGO探测器,探测效率与晶体尺寸呈正相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率随γ射线能量的增加呈现先上升后下降趋势,本征探测效率与γ射线能量呈负相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率与放射源与探测器间距离呈负相关关系;包壳材料厚度对本征探测效率几乎无影响,越薄的铝制外壳可达到越好的绝对探测效率及全能峰探测效率。该研究结果能够为闪烁体探测器几何设计、产品研发和无源效率刻度提供一定参考。

光在宫颈组织中传输特性的蒙特卡罗模拟

为研究可见近红外光谱在宫颈组织中的光子传输情况,根据宫颈组织的结构,构建双层宫颈组织模型,利用蒙特卡罗方法模拟可见光(500nm左右)和近红外光(810nm左右)在宫颈组织中的光分布,研究宫颈正常组织和高级病变组织中漫反射率、吸收能量密度、光能流率的变化的差异。结果表明:宫颈正常组织表面漫反射率大于高级病变组织;在上皮层中宫颈正常组织光吸收能量密度大于高级病变组织,基质层宫颈正常组织光吸收能量密度小于高级病变组织;宫颈正常组织的光能流率大于高级病变组织,与可见光相比,近红外光在宫颈组织中的分布范围更大、探测深度更深。为使用可见近红外光谱技术进行宫颈癌前病变诊断提供了一定的理论基础。

利用蒙特卡罗模拟比较医用电子直线加速器均整模式和非均整模式下光子束的半影分布特性

目的:通过蒙特卡罗模拟对比分析不同能量条件下光子均整(FF)射束和非均整(FFF)射束的半影分布特性。方法:利用BEAMnrc程序构建医科达Versa HD加速器FF模式和FFF模式下的机头模型,同时使用DOSXYZnrc程序建立标准水箱模型,模拟计算不同模式、不同打靶电子能量下的光子束在标准水模中的百分深度剂量(PDD)和射野离轴比(OAR),并与测量数据进行对比,确定不同模式下光子束的打靶电子能量。对FF射束采用射束中心轴剂量20%~80%之间的宽度计算半影,对FFF射束采用Ponisch方法计算半影,比较不同射束的半影宽度。结果:相同打靶电子能量条件下,6 MV FFF射束的半影相较于6 MV FF射束更锐利,但随着射野尺寸的增大,FFF射束的半影优势逐渐消失。当打靶电子能量提高到7.0 MeV时,6 MV FFF射束的半影与6 MV FF射束的半影趋于一致。对于10 MV FF和10 MV FFF射束,小野时FFF射束半影有明显优势。结论:打靶电子能量是决定不同射束半影特性的主要因素。

门架式铀矿石中铀含量在线测量装置探测效率空间分布的蒙特卡罗模拟

通过蒙特卡罗模拟方法研究门架式铀矿石中铀含量在线测量装置探测效率空间分布,并通过实验验证了模拟方法的可靠性,结果显示:门架式铀矿石中铀含量在线测量装置的探测效率在垂直方向急剧下降,下降速度超过左右与前后方向;当前后超出5 m范围,其探测效率下降幅度更大;左右偏移对所有探测器的探测效率均有较大影响。研究结果有助于改进门架式铀矿石中铀含量在线测量装置的现场使用与校准。

非平行界面地层水平井自然伽马测井蒙特卡罗模拟

在水平井随钻测井地质导向工作中,地层上下界面往往不是理想的平行状态,继续沿用以往平行界面地层模型的认识将影响此类地层中的地质导向效果。为此,基于蒙特卡罗方法,建立水平井非平行界面地层模型;利用模型正演研究了非平行界面不同夹角、层厚和仪器偏心情况下非平行界面地层模型中的自然伽马测井响应特征。结果表明,在所探讨的不同地质条件下地层界面倾斜均会对自然伽马测井造成一定程度的影响,且界面倾角越大影响越严重。研究结果可为非平行界面地层下实时地质导向和测井解释校正工作提供参考和借鉴。